张亚娟

（东北农业大学，黑龙江哈尔滨 150030）

基于时空数据模型的农产品冷链物流效用测度研究

张亚娟

（东北农业大学，黑龙江哈尔滨 150030）

农产品价值具有鲜明的时空分异特征，冷链物流实现了农产品供给的延时和异地。时空数据模型能够描述某一同时具有时间特征和空间特征对象的信息，能够跟踪并再现某一对象的时空变化信息。从农产品价值的时空分异特征视角出发，使用时空数据模型理论与方法，建立冷链物流下农产品价值的时空数据模型和时空数据库，绘制农产品价值的时空分布规律，测度农产品冷链物流效用，实现农产品冷链物流效用的可度量和可视化，在此基础上构建效用函数，从而对农产品冷链物流效用加以优化。

冷链物流；时空分异；效用测度

冷链物流对于我国农产品的稳定供给和质量安全具有重要意义。《中国冷链物流发展报告》（2011）显示，欧美发达国家冷链流通率达95%以上，而我国仅达到5%。我国冷冻产品损坏率达20%～30%。尤其是在农产品流通过程中，由于冷链问题造成每年约1 200万吨水果、1.3亿吨蔬菜的浪费，损失高达1 000亿元。我国现已对发展农产品冷链物流给予高度重视，2013与2014年中央一号文件连续提出“健全覆盖农产品收集、加工、运输、销售各环节的冷链物流体系”。

2010年以来，冷链物流在农产品流通中的应用比例有所增加，但与人们日益增长的消费需求和国家大幅提升的资金投入相比，仍严重滞后。究其原因，除了我国冷链物流基础设施薄弱、标准缺失、监管缺位等客观因素外，农产品冷链物流的成本高、收益不确定以及较高风险等因素也严重影响农产品生产和经营单位使用冷链物流的意愿，导致目前冷链物流使用率和使用效率较低。冷链物流能够解决跨时间、跨区域的农产品流通，一方面使得农产品跨时存储择机销售成为可能；另一方面降低农产品跨区域流通中的损耗，最终实现农产品的时空价值。本文从农产品价值的时空分异特征出发，应用时空数据模型理论，探索农产品冷链物流效用的测度问题，为农产冷链物流效用的可视化追踪提供工具，从而优化冷链物流效用，增强农产品生产和经营单位对冷链物流的使用意愿。

一、农产品冷链物流的现状及研究成果

国外对冷链物流的研究起步于欧美和日本，Albert Barrier和J.A.Ruddich（1984）先后提出冷链的概念。国外学者对冷链物流的研究主要集中在冷链技术环节，通过相关参数的获得，寻求优化冷链物流的方法，少量外国文献是关于冷链物流的案例分析。Zaur（1970）、Abad（2009）等与Cruz（2007）等从稳定性、制冷等技术角度研究冷链物流；LAbada和Vijay Aggarwa（2005）、Joshia（2010）、Shabani（2011）等从决策、配送、评价、供应链等开展对冷链物流管理优化的相关研究。

国内关于农产品冷链物流的研究主要集中在农产品冷链物流的内涵与技术、基于冷链物流的食品安全问题、冷链物流系统中的配送问题（包括路径、定位、中断、调度等）以及冷链物流系统的管理与运作优化等方面。郭磊等运用Petri网理论对冷链配送流程进行优化[1]；陈绍慧等将时间和空间这两个反映蔬菜冷链物流状况的本质性指标作为模式建立的依据和目标，以期建立现代蔬菜冷链物流的时空运行模式[2]；兰洪杰、李龙飞引入食品冷链物流系统协同理论[3]；张智勇等把Multi-Agent原理运用到冷链物流的系统协调运作中，试图提高农产品冷链物流的时效性和安全性[4]。现有研究主要存在以下问题：（1）在研究对象与角度上，关于农产品的冷链物流缺乏对农产品本身特征的分析，尤其是未关注其价值的时空分异特征及冷链物流对这一价值的实现和提升。大部分关于农产品冷链物流的研究缺乏针对性和辨识性，没有将农产品这一特殊主体及其对冷链物流的要求深入研究，虽偶有成果提到农产品的时空价值，但研究深度不够，缺少系统性，因此从农产品价值分异特征的角度研究冷链物流的优化与协调仍需深入。（2）相关研究大多集中在网络优化、路径优化、成本优化与模式优化等方面，而忽略了效用测度与优化。

目前国内外对于农产品冷链物流的绩效评价已有研究，而关于效用测度和优化还不够深入，尤其是实际操作背景下的测度与优化。效用在冷链物流各主体间收益分配与契约设计方面具有指导意义。针对农产品的特殊性与其对冷链物流的要求，基于农产品价值的时空分异特征，研究农产品冷链物流的效用测度、效用函数建立，是本研究的主要内容。

二、农产品价值的时空分异特征分析

农产品价值由其所处时间与所处区位（空间）共同决定，具有时空分布的特征。农产品价值的时空分布又可称为农产品价值的时空分异，其中，“分异”一词来源于地理学中的“地域分异”概念，是指地理环境整体及其组成要素在某个确定方向上保持特征的相对一致性，而在另一确定方向表现出差异性，因而发生更替的规律[5]。把农产品价值等同于某种“地理要素”，就可对“农产品价值的空间分异”进行定义：由于微观层面上存在众多影响农产品价值的因素（如生产成本、气候、需求、供给能力等），某一时点农产品价值空间布局就会相应影响此时点农产品价值在不同方向上形成的某种规律的变化和差异，即农产品价值的空间分异。“农产品价值的时间分异”，是指在某一特定区位的农产品价值随着所处时间点不同所形成的某种规律的变化与差异。因此，农产品价值的时空分异特征可定义为：农产品价值根据所处区位与所处时间的不同所表现出来的分布形态及其变化趋势。

三、基于农产品价值时空分异特征的冷链物流效用界定与影响因素

（一）农产品冷链物流效用界定

由于农产品价值具有鲜明的时空分异特征，冷链物流实现农产品供给的延时和异地，并最大可能地保证农产品的新鲜程度，还可能带来稳定农产品物价和解决短缺供给的社会价值，但与此同时产生较一般物流高的流通成本。因此对冷链物流效用的界定，由两方面决定：一方面是冷链物流实现农产品延时和异地的“保值”与“增值”的贡献；另一方面是冷链物流产生的成本，即农产品冷链物流效用要考虑冷链物流对农产品价值的贡献和冷链物流在该贡献中产生的成本。

（二）农产品冷链物流效用的影响因素

1.农产品冷链物流的贡献衡量。对于农产品冷链物流的贡献衡量从农产品价值的时空分异出发，将农产品价值从某一时空点到目前时空所在点的变化差额作为衡量对象，不仅包括价格变化，还包括农产品自身品质（如新鲜程度等）。所以，农产品价值数据，即农产品冷链物流的贡献衡量数据具有自然属性和社会属性，自然属性包括新鲜程度等；社会属性包括价格信息、成本信息等。

2.农产品冷链物流的成本影响因素。冷链物流过程中最大的成本为储存与运输成本。由于冷链物流的特殊性，该成本主要受农产品特性、运输特性和市场需求等因素影响。

（1）农产品特性。农产品的不同种类对冷链物流中储存与运输条件的要求不同，所产生的成本不同；农产品的装载性能，即是否包装、以何种形式包装并加以储存与运输；农产品的风险，即农产品在储藏与运输过程中若不能保证按照设备要求和时间要求在低温条件下送达目的地使其变质，从而增加成本。

（2）储藏与运输特性。采取何种储藏方式、何种运输方式，使农产品冷链物流产生的成本不同：出发地到目的地间的距离，是否采用最短路径决定了成本与收益；农产品冷链物流中的储存量与运输量影响单位农产品的物流成本；农产品在冷链物流中的时间长短不仅影响农产品品质，还会影响该成本；冷链物流的储存和运输过程中各种费用项目也影响整个农产品冷链物流的成本，如燃油费、过路费、人工费等。

（3）市场需求。冷链物流市场的总供给与总需求状况、不同运输方式与同种运输方式的竞争、人们对农产品冷链物流的支付意愿等均影响农产品冷链物流的成本。所以，农产品冷链物流成本数据为某一具体农产品在某一特定冷链物流条件下（包括储存与运输方式、装载性能、温度要求、运输容量等）所产生的总成本或单位成本，既包括约束条件数据，还包括冷链物流成本数据。

四、农产品冷链物流效用的时空数据模型构建

时空数据模型能够描述某一同时具有时间特征和空间特征对象的信息，对研究冷链物流下的农产品价值具有极大适用性和先进性，其构建包括三部分：一是时空数据模型，建立合适的时间与空间联合的数据结构和组织，具体包括时空语义描述、形式化表达和物理存储与检索效率机制；二是时空分析和推理，探寻空间要素随时间变化的内在规律以及在时间、空间和时空上所呈现的内在规则，用于挖掘关联发现和时空推理；三是时空数据的可视化研究，着重探讨不同时间数据的显示、制图和符号化等问题[5]。相应地，农产品冷链物流效用时空数据模型的构建包括以下方面。

（一）农产品冷链物流效用的时空数据模型分析与选择

冷链物流下农产品价值随着时间与空间变化随时更新，且农产品种类繁多，影响冷链物流下农产品价值的因素复杂，存储与管理与日俱增的海量信息成为一个挑战。首先对不同时空数据模型的优缺点与实用性加以分析和选择。根据农产品冷链物流的特点和面向对象时空数据模型表达与控制复杂实体的优越性，结合基于事件的时空数据模型，利用其具有表达农产品在冷链物流中流动事件的能力，构建事件驱动的面向对象冷链物流下农产品价值时空数据模型[6]。

（二）事件驱动的面向对象冷链物流下农产品价值时空数据模型建立

根据冷链物流中农产品价值数据对象的特点，采用事件描述思想和面向对象分析相结合的方法，分析冷链物流中生鲜农产品价值的组成对象及其关系，构建面向对象的冷链物流中农产品价值时空数据模型，给出时空数据的组织和存储方式。农产品价值数据具有自然属性和社会属性。自然属性包括新鲜程度等；社会属性包括价格信息、成本信息等，如图1所示。

从农产品冷链物流业务特征的角度看，在对冷链物流下农产品价值信息的追踪中主要包括价值增值追踪、成本信息追踪和新鲜品质信息追踪三方面，这三类信息均具有时空分异特征，如表1、表2与表3所示。

图1 农产品价值数据信息

（三）农产品冷链物流效用的数据表达

由于农产品价值在不同时间点和不同空间区位下存在差异性，对于每一个农产品，其价值表达需要由所处时间点与所处区位（空间）共同决定，称反映农产品价值属性的数据为农产品价值的时空数据。时间点、空间区位和价值属性是农产品固有的三个基本特征，是反映农产品状态及其演变过程的重要构件。如前文所述，农产品冷链物流效用要考虑冷链物流对农产品价值的贡献和冷链物流在该贡献中产生的成本，所以农产品冷链物流的效用与初始时间T0、初始区位S0、当前或预销时间T、当前或预销区位S、农产品的初始价格P0（由初始时间T0和初始区位S0决定）、当前价格（或预销地价格）Pt（由当前或者预销所处的时间点T与所处区位S决定）、使用冷链物流产生的成本Ct（与在途时间T-T0、冷链物流要求等相关）、新鲜程度Ft（由在途时间T-T0、冷链物流技术水平与条件等决定）等相关，通过对农产品冷链物流效用影响因素的分析，确定农产品冷链物流效用的表达要素和维度，如式（1）所示：

公式（1）反映了农产品冷链物流效用以农产品价值为载体，除了冷链物流本身属性相关的成本参数、功能参数和不同农产品自身的特点，随着时间点与空间区位的双移动而不断变化，针对不同农产品的自然属性和社会属性，冷链物流的效用函数表现出不同的齐次性、凹凸性。在有针对性地确定后，得到基于时间点与空间区位的冷链物流效用大量数据点，进而对大量时空数据加以组织与存储，为绘制冷链物流效用函数图形奠定基础。

表1 价值增值追踪中的时空特性分析

表2 成本信息追踪中的时空特性分析

表3 农产品新鲜程度信息追踪中的时空特性分析

（四）冷链物流中农产品价值的时空数据组织与存储

冷链物流下农产品价值随时空变化产生的海量信息给存储和分析带来挑战，一方面是如何对农产品价值的时空数据加以存储与管理，另一方面是在此基础上，如何对农产品价值的时空数据基于其数据结构进行高层次分析，进而探求时变规律，成为亟需解决的关键问题。

针对冷链物流中农产品价值数据的特点，以时间（当前时间）、位置（当前位置或预期销售位置）、农产品价值为要素，描述某一时刻农产品在某一特定位置的损耗情况、价格状况、耗费成本等状态，并利用时空数据模型理论，绘制冷链物流农产品价值信息图，即以时间、空间、农产品价值为三个维度，收集不同数据下的点加以绘制，形成三维空间中的曲线，一方面通过绘制找到规律，另一方面便于查询。如图2所示，其中P是农产品销售价格的时空分布规律，C是冷链物流成本的时空分布规律，P2是农产品出产价格的时空分布规律。

事件驱动的面向对象冷链物流下农产品价值时空数据模型的建立，可有效支持冷链物流下农产品价值随时间变化的时空查询和时空分析，为冷链物流下农产品价值的历史回溯、过程模拟与趋势预测提供解决方案。

图2 某一蔬菜在冷链物流下可能的价值信息规律图

五、农产品冷链物流效用的测度与优化思路

（一）构建农产品冷链物流效用函数

农产品冷链物流效用的时空数据通过一定的时态GIS手段，显示其在一定时间段的规律或某一特定时间点的空间分布规律。农产品冷链物流效用分为时间效用UT和空间效用US两部分。根据图形规律，结合效用函数理论，具体研究每一部分效用的决定变量，构建农产品冷链物流的效用函数。可能的效用函数形式如式2所示。

（二）农产品冷链物流效用优化

在建立农产品冷链物流效用函数的基础上，分别以局部效用最大和全局效用最大为目标，通过遗传算法和优化算法对模型进行计算，寻找效用优化的农产品冷链物流决策选择方法，以实现农产品冷链物流效用的优化。

六、结语

本文提出从农产品价值的时空分异特征与冷链物流对这种特征价值的实现出发，引入时空数据模型理论，探索衡量和优化农产品冷链物流效用的方法。以往对农产品冷链物流效用的测度、衡量、追踪难以实现，对合作收益更不确定，使得冷链物流各主体间的持续合作缺乏支持。本研究为农产品冷链物流效用的跟踪提供可视化工具，为农产品冷链物流效用的测度与优化提供思路，为冷链物流的实践与决策选择提供理论指导，从而使冷链物流合作各方对收益进行预测，避免了信息恐慌导致的合作意愿丧失现象，有益于指导未来我国农产品冷链物流体系的构建。

本研究不足之处在于：仅提出以农产品时空价值为载体的冷链物流效用测度的方法与基本思路，而对具体函数的构建与优化未加以探讨。同时，在冷链物流的实践中，其效用与参与冷链物流的农产品属性、冷链物流的技术特性等密切相关，农产品属性如何以时间、空间为参数变量建立函数，尤其是收益部分和成本部分，依赖何种模型进行绘制，使得效用函数的形式更加具体，有待进一步探索。尽可能将不同农产品对冷链物流的要求等纳入考虑因素，将使模型更具现实意义。

［1］郭磊,兰洪杰.基于Petri网的冷链配送流程仿真优化研究[J].物流科技,2010(2).

［2］陈绍慧,张鹏,鲁晓翔,等.蔬菜冷链物流时空运行模式的研究[J].安徽农业科学,2012(14).

［3］兰洪杰.食品冷链物流系统协同对象与过程研究[J].中国流通经济,2009(2).

［4］张智勇,刘承,杨磊.基于MAS的冷链物流系统协调机制研究[J].食品工业科技,2010(5).

［5］高勇,林星,刘瑜,等.基于对象关系数据库的时空数据模型研究[J].地理与地理信息科学,2006(3).

［6］陈新保.基于对象、事件和过程的时空数据模型及其时变分析模型的研究[D].长沙:中南大学,2011.

F259.2

A

1672-3805(2014)01-0020-05

2013-11-15

黑龙江省哲学社科项目“基于‘农超对接’的黑龙江省生鲜农产品流通体系创新研究”（13C005）；黑龙江省科技攻关项目“黑龙江省农产品冷链物流效用优化及协调策略研究”（GZ13D105）；黑龙江省教育厅人文社科项目“基于农超对接的黑龙江省农产品流通模式创新研究”（1253b001）

张亚娟（1982-），女，东北农业大学经济管理学院讲师，博士，研究方向为农产品渠道与流通。